燃氣輪機的排氣污染物主要包括:一氧化碳（CO）、未燃碳氫化合物（UHC）、碳煙顆粒（Soot）、氮氧化物（NOx）。碳煙顆粒的生成是燃料燃燒時不可避免的,它是一種由各種大分子含碳有機物團聚而成的大氣顆粒污染物,它的排放會對人體、環(huán)境以及發(fā)動機本身產(chǎn)生很大的危害。碳煙顆粒的排放不但可以引發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病、肺功能下降和誘發(fā)癌癥等對人體健康有害的結(jié)果;而且還能引發(fā)大氣溫室效應(yīng)的增強、抑制大氣對流層中臭氧的形成、改變局部地區(qū)的水文氣候、降低大氣能見度等一些環(huán)境問題;以及降低發(fā)動機氣動特性,減少發(fā)動機壽命。貧油預(yù)混預(yù)蒸發(fā)（LPP）燃燒室是當下最受歡迎和排放最少的發(fā)動機之一所使用的燃燒室,有必要對碳煙顆粒在該燃燒室中的生成情況進行研究。本文通過對基于LPP燃燒室的模型建模和數(shù)值模擬其燃燒過程,對LPP燃燒室的冷態(tài)流場,燃燒后的溫度場進行分析與討論并基于這些結(jié)果對燃燒室進行了合理的修改,在敲定了最終的模型后,對該模型進行了燃燒的數(shù)值模擬,并對該燃燒后的火焰筒中的碳煙顆粒物的生成通過Moss-Brookes模型和矩模型雙模型進行了模擬。發(fā)現(xiàn)生成碳煙的位置主要局部富油高溫燃燒的位置,并且除了氧化和凝聚過程... 

【文章來源】：中國民航大學天津市

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

碳煙顆粒形成的基本機制

中國民航大學碩士學位論文9第二章碳煙顆粒物生成機理碳煙顆粒是燃燒不完全而形成的致密的固體顆粒物質(zhì)，是碳層面的統(tǒng)計組合體，從小尺度到大尺度的簡要介紹碳煙顆粒的結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，首先由多環(huán)芳烴構(gòu)成的晶片不規(guī)則的一片片堆疊如圖2-1中（a）所示；2~10層的晶片堆疊形成晶粒，多個晶粒構(gòu)成一個基本碳煙顆粒粒子，如（b）所示，基本碳煙顆粒的晶粒在中心的排列很不規(guī)則，但在外層大致呈渦旋狀；最后形成的基本碳煙顆�；ハ嗉鄢涉湢罱Y(jié)構(gòu)的大型碳煙顆粒。圖2-1碳煙顆粒的大體形貌在第一章中已經(jīng)指出通過對實驗室中簡單流場的火焰進行研究，研究學者們逐漸掌握了碳煙顆粒物的大致生成過程。通過這種允許在不同的顆粒形成階段收集樣品的實驗，研究學者們提出了不少關(guān)于碳煙顆粒物的具體形成過程的觀點。盡管碳煙顆粒物的生成過程中許多細節(jié)仍未完全清楚，總的來說經(jīng)過碳煙顆粒物數(shù)十年來的廣泛研究，大家普遍認為，碳煙顆粒的形成被人為的大致分為四個步驟，它開始于燃料熱解過程中形成的氣相分子前體；接下來是成核反應(yīng)，這是非常重的一環(huán)，因為經(jīng)過這一步過程，碳煙顆粒由氣態(tài)的前體變成了致密的固體；接下來是碳煙顆粒物的表面生長，凝結(jié)（coalescence），凝聚（agglomeration）的過程；最后是碳煙顆粒物的表面氧化，破碎等一系列表面反應(yīng)。在接下來的詳細生成機理中每個單獨路線的相對重要性強烈取決于燃料分子的結(jié)構(gòu)以及壓力和溫度條件。下文對碳煙生成過程中的詳細機理進行了闡述，并針對經(jīng)驗型數(shù)值模擬公式進行了詳細介紹。

中國民航大學碩士學位論文12圖2-2PAH生長的MAC機制從以上討論可以推斷出存在多種不同的PAH增長途徑，每種途徑的相對重要性完全取決于燃料分子結(jié)構(gòu)以及火焰環(huán)境。在形成PAH之后就要考慮碳煙顆粒物的成核反應(yīng)。2.2碳煙顆粒物成核碳煙顆粒的成核指的是氣態(tài)前體物質(zhì)向致密的固態(tài)碳物質(zhì)的轉(zhuǎn)變的過程，所以不難看出成核這一步是非常關(guān)鍵的步驟，但這卻是碳煙顆粒生成過程中人類了解的最不清楚的一個步驟。目前對于該步驟有三種假說。第一種碳煙顆粒成核途徑是主要是認為富勒烯狀的多環(huán)芳烴聚集體為碳煙成核的關(guān)鍵。在這個途徑上中本文列出了兩種可能的過程。首先一種可能的過程是如圖（2-3）中（a）所示，PAHs在經(jīng)過HACA加成的過程中，在能形成脫氫反應(yīng)的溫度下，碳趨于形成穩(wěn)定的球形殼，以滿足化合價的要求。在此基礎(chǔ)上，在趨向于向富勒烯形成過程中，錯誤的多環(huán)芳烴加成阻止了多環(huán)芳烴形成閉環(huán)的富勒烯。進一步生長成了洋蔥狀的結(jié)構(gòu)。另一種可能的過程是如圖（2-3）中（b）所示，PAH和PAH聚合產(chǎn)生了芳香族低聚物，然后這種芳香族低聚物因為火焰中豐富的小碳氫化合物，繼續(xù)HACA機制，并繼續(xù)生長最終成為了碳煙顆粒前體。

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]摻氫碳氫燃料擴散火焰碳煙生成的研究[D]. 陳金超.安徽工業(yè)大學 2019
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本文編號：3049145